王政

【摘 要】本文介绍了一种工业远程监控电源设计。以TI公司生产的16位超低功耗单片机MSP430F169为电源主控芯片，实时采集电源输出电压、电流、温度及检测电源异常状态等信息，基于MODBUS协议和RS485总线将获取的相关数据发送给上位机。分析数据并通过上位机发送控制命令给电源主控芯片，经驱动电路调整PWM波输出及时修正电源输出电压、电流。经试验测试，该设计实现了工业上对电源持续有效工作要求。

【关键词】电源；MSP430F169；MODBUS协议；RS485总线

Design of Industrial Remote Monitoring Power Supply

WANG Zheng

（School of Electrical and Information Engineering， Anhui University of Science and Technology， Huainan Anhui 232001， China）

【Abstract】A design of industrial remote monitoring Power Supply with high stablity， is proposed in this paper. The ultra low power 16 bit microcontroller MSP430F169 produced by TI company act as the main control chip of Power Supply， to collect the real-time information of voltage，current， temperature and to test the error state of Power Supply. Based on the Modbus protocol and RS485 bus， the collected information of Power Supply is sent to Host Computre. The data is analyzed， then， Host Computre send control commands to the main control chip which change the PWM waveform output of the drive circuit to correct the output voltage and current of Power Supply in time. After the test， the Power Supply sustainly and effectivly working in industry is realized.

【Key words】Power Supply； MSP430F169； MODBUS protocol； RS485 bus

0 引言

电子电气设备已涉及日常工作、生活各方面，而电子设备的正常稳定运行离不开安全可靠的电源。电源产品被广泛应用于工业、军工、科研、生活等领域，工业系统中对电源的远程监控功能和高可靠性要求越来越高，传统电源未对采集的电源数据进行存储和再访问，缺乏数据的分析处理，因而难以确保电源可靠工作。

为此，本文设计了一种新型远程监控电源[1-3]。它是基于开关电源获取恒压或恒流输出，基于MODBUS协议[4-5]和RS485总线[6-7]技术实现与上位机通信，基于微控芯片MSP430F169及外围驱动电路实现对电源主机的监控。

1 电源主机硬件部分

该电源由6个电源模块和1个上位机控制单元组成。上位机和电源模块之间通过RS485总线通讯。每个电源模块有电压、电流两种工作模式。电压工作模式为将监测的输出电压作为反馈量，与控制电压比较，根据比较结果控制输出电压。电流工作模式为将监测的输出电流作为反馈量，通过调节输出电压来调节输出电流。其中，电压模式时用户直接控制输出电压大小，电流模式时用户可以直接控制输出电流大小。每个电源模块的组成为电源实现部分、下位机驱动板卡和下位机控制板卡。其总体框架如图1所示。

1.1 电源实现部分

开关电源实现输出电压0-20V可调，输出电流0-1200A可调；三相电缺相检查、输入过压欠压检查、输出过压欠压过流保护；提供±24V、±15V交流电，给下位机驱动板卡和控制板卡供电；提供温度检测传感器。

1.2 下位机驱动板卡

使用PWM模块驱动电源实现部分的IGBT工作，并提供PWM控制接口给下位机控制板卡，实现输出电压和电流调节；使用LED指示电源实现部分的相关故障并将故障信号连给下位机控制板卡的开关量输入引脚；将±24V和±15V交流电转成±12V直流电，并给下位机控制板卡供电；实现缺相、输入欠压过压、输出过流过压欠压的监测功能。

1.3 下位机控制板卡

通过单片机DAC引脚产生0～5V控制信号，用于控制PWM的输出脉冲宽度；通过单片机开关量输入引脚，检测缺相、输入欠压过压、输出过流过压欠压等故障状态；通过单片机开关量输出引脚，给出TTL电平信号，用于关断PWM模块，实现软件关机功能；通过单片机读取数字温度传感器（DS18B20）数值；通过单片机开关量输出引脚显示当前工作模式（电流模式或电压模式）；RS485地址可调。

下位机控制板卡核心部件为单片机（选型为MSP430F169），该单片机能够提供如下资源：3路ADC输入、2路DAC输出、6路开关量输入、5路开关量输出。其中，输入开关量用于获得电源的各种状态；输出开关量用于控制PWM的通断、电路状态指示灯等，ADC用于监测输出电流和输出电压；DAC用于控制输出电压和输出电流。

2 软件部分

2.1 下位机固件

在下位机LCD上显示电源模块的各种状态（包含当前输出电压、输出电流、故障模式、关键部件温度以及当前时间和日期等），100ms（控制周期）刷新一次；处理上位机的各种请求。

2.2 上位机程序

2.2.1 开发语言

C#，整个程序基于Microsoft.Net Framework环境运行。

2.2.2 功能说明

本控制系统通过RS485总线实现多台电源单机的联网工作，中央控制程序对单机的工作状态进行实时监控，并按照用户设定的工作模式和参数对网络上的全部单机进行工作模式控制，对多机进行负载均衡控制，保证电源网络按照设定参数输出，满足工作需要。

2.2.3 通信协议

上位机和下位机的通信协议为MODBUS。

2.2.4 软件总体架构

软件整体框架按5层结构设计，从下往上分别为硬件接口层、协议层、设备管理层、应用层和界面层。各层分别与上一层和下一层通信，完成数据传递。分层设计的优点是各层功能独立，接口明确，在程序设计、开发和维护上更为方便、快捷，各层内部的功能和结构变化不影响整体系统的设计和开发。

3 结论

本文基于开关电源技术和工业控制中广泛使用的MODBUS协议和RS485总线技术，以16位超低功耗的单片机MSP430F169作为主控芯片，加上合适的驱动电路，实现了一种可远程监控的电源。其中使用了六路电源模块组成一个电源主机，更提高了工业控制中电源供电的可靠性。通过上位机程序与电源主机联合测试，可监控电源主机实现可靠的恒定电压或恒定电流输出。随着无线网络技术的不断发展完善，无线远程监控电源设备将更加方便，但稳定性仍是关键技术之一，是值得继续研究的方向。

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[责任编辑：王楠]